Вопрос ?, страница 119 - гдз по химии 10 класс учебник Габриелян, Остроумов

Как получают полиэтилен

Решение

Полиэтилен — это полимер, который получают в результате реакции полимеризации из мономера этилена (этена). Этилен, имеющий химическую формулу $C_2H_4$ или $CH_2=CH_2$, является газом, относящимся к классу непредельных углеводородов (алкенов). Процесс полимеризации заключается в последовательном присоединении множества молекул мономера друг к другу с образованием длинной макромолекулы. Это происходит за счет разрыва двойной углерод-углеродной связи в каждой молекуле этилена под воздействием определенных условий.

Уравнение реакции полимеризации этилена в общем виде выглядит следующим образом:
$n(CH_2=CH_2) \xrightarrow{t, p, \text{катализатор}} (-CH_2-CH_2-)_n$
Здесь n — это степень полимеризации, то есть число мономерных звеньев, объединенных в одну макромолекулу, которое может достигать нескольких тысяч.

В промышленности, в зависимости от условий проведения реакции (температуры, давления и используемого катализатора), получают разные виды полиэтилена, которые отличаются строением и свойствами:

1. Полиэтилен высокого давления (ПЭВД), или полиэтилен низкой плотности (ПЭНП, LDPE). Его получают при очень высоком давлении (150–300 МПа) и температуре (200–300 °C). В качестве инициатора реакции используют кислород или органические пероксиды. Молекулы ПЭВД имеют сильно разветвленную структуру, что делает материал гибким, эластичным и менее плотным.

2. Полиэтилен низкого давления (ПЭНД), или полиэтилен высокой плотности (ПЭВП, HDPE). Его синтезируют при более низком давлении (0,1–2 МПа) и температуре (до 150 °C) на комплексных металлоорганических катализаторах (например, катализаторы Циглера — Натты). Макромолекулы ПЭНД имеют преимущественно линейное строение, что обеспечивает более высокую плотность, жесткость, прочность и химическую стойкость.

Ответ: Полиэтилен получают путем реакции полимеризации мономера этилена ($CH_2=CH_2$). В ходе реакции под действием температуры, давления и катализаторов двойные связи в молекулах этилена разрываются, и они соединяются в длинные макромолекулы $(-CH_2-CH_2-)_n$. В зависимости от условий синтеза получают полиэтилен высокого давления (гибкий и эластичный) или низкого давления (жесткий и прочный).

Какие свойства этого полимера лежат в основе его применения

Решение

Широчайшее применение полиэтилена обусловлено совокупностью его ценных эксплуатационных свойств. Ключевыми из них являются: химическая стойкость, благодаря которой полиэтилен не реагирует с кислотами, щелочами, солями и большинством растворителей, что позволяет изготавливать из него трубы, емкости для химикатов и упаковку; высокие диэлектрические свойства, так как полиэтилен является отличным изолятором и не проводит электрический ток, он массово используется для изоляции кабелей и проводов; низкая водо- и газопроницаемость, это свойство делает его незаменимым материалом для производства упаковочных пакетов, пленок и гидроизоляционных покрытий; термопластичность, то есть способность размягчаться при нагревании и затвердевать при охлаждении, что обеспечивает простоту и дешевизну его переработки в изделия любой формы методами литья, экструзии и выдувания; низкая плотность (легче воды), из-за которой изделия из него легкие; физиологическая инертность, так как полиэтилен нетоксичен и безвреден, его разрешено применять для изготовления пищевой упаковки, посуды, детских игрушек и медицинских имплантатов; низкая стоимость, которая делает его экономически привлекательным и одним из самых массовых полимеров в мире.

Именно уникальное сочетание этих свойств — химической инертности, прочности, эластичности, безопасности и дешевизны — определяет его повсеместное использование: от бытовых упаковочных пакетов и бутылок до напорных труб для газо- и водопроводов, деталей автомобилей и медицинского оборудования.

Ответ: В основе применения полиэтилена лежат его ключевые свойства: химическая стойкость (используется для изготовления труб, тары для химикатов), высокие диэлектрические показатели (электроизоляция), водонепроницаемость (упаковочные материалы, гидроизоляция), термопластичность (обеспечивает легкость формования изделий), физиологическая безопасность (позволяет контакт с пищевыми продуктами и использование в медицине) и низкая себестоимость производства.